JPH06166915A - Guide bar in infusibilizing furnace thereof for producing pitch-based carbon fiber - Google Patents

Abstract

PURPOSE:To obtain guide bars in an infusibilizing furnace thereof for producing pitch-based carbon fiber capable of preventing light substances contained in pitch fiber from depositing, further a pitch fiber bundle from fusing or sticking in infusibilizing or yarn from breaking or fluffing. CONSTITUTION:Guide bars 2 in an infusibilizing furnace 1 thereof for guiding a pitch fiber bundle are prepared from a material having hardly any affinity for light substances of pitch contained in the pitch fiber bundle, e.g. tetrafluoroethylene or an alumina ceramic.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【０００１】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、一般には、ピッチ系炭
素繊維の製造技術に関するものであり、特に、ピッチ系
炭素繊維製造用不融化炉においてピッチ繊維束を案内す
るための炉内ガイドバーに関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention generally relates to a technique for producing pitch-based carbon fibers, and more particularly, an in-furnace guide bar for guiding a pitch fiber bundle in an infusible furnace for producing pitch-based carbon fibers. It is about.

【０００２】[0002]

【従来の技術】石油系ピッチ、石炭系ピッチ等の炭素質
ピッチから製造されるピッチ系炭素繊維は、現在最も多
量に製造されているレ−ヨン系やＰＡＮ系の炭素繊維に
比較して炭化収率が高く、弾性率等の物理的特性も優れ
ており、更に低コストにて製造し得るという利点を有し
ているために近年注目を浴びている。2. Description of the Related Art Pitch-based carbon fibers produced from carbonaceous pitch such as petroleum-based pitch and coal-based pitch are carbonized in comparison with rayon-based and PAN-based carbon fibers which are currently produced in the largest amount. It has been attracting attention in recent years because it has a high yield, excellent physical properties such as elastic modulus, and has an advantage that it can be manufactured at low cost.

【０００３】現在、ピッチ系炭素繊維は、（１）石油系
ピッチ、石炭系ピッチ等から炭素繊維に適したピッチを
調製し、該ピッチを加熱溶融して紡糸機にて紡糸し、得
られたピッチ繊維を収束して繊維束となした後、（２）
前記ピッチ繊維束を不融化炉にて酸化性雰囲気下にて最
高温度２５０〜３５０℃までに加熱して不融化し、
（３）得られた不融化繊維を予備炭化炉で不活性ガス雰
囲気中にて最高温度４００〜１５００℃まで加熱して予
備炭化し、（４）予備炭化された繊維を更に黒鉛化炉に
て不活性ガス雰囲気下に３０００℃以下にまで加熱して
黒鉛化すること、により製造されている。At present, pitch-based carbon fibers are obtained by (1) preparing a pitch suitable for carbon fibers from petroleum-based pitch, coal-based pitch, etc., heating and melting the pitch, and spinning it with a spinning machine. After converging the pitch fibers into a fiber bundle, (2)
The pitch fiber bundle is heated to a maximum temperature of 250 to 350 ° C. in an infusible furnace under an oxidizing atmosphere to infusibilize,
(3) The obtained infusible fiber is pre-carbonized by heating it to a maximum temperature of 400 to 1500 ° C. in an inert gas atmosphere in a preliminary carbonization furnace, and (4) the pre-carbonized fiber is further heated in a graphitization furnace. It is manufactured by heating up to 3000 ° C. or lower in an inert gas atmosphere to graphitize.

【０００４】又、上記の不融化、予備炭化、更には黒鉛
化の各工程は、繊維束とされたピッチ繊維をテンション
下で連続不融化し、連続予備炭化し、連続黒鉛化する方
法が用いられている。Further, in each of the steps of infusibilization, preliminary carbonization and further graphitization, a method of continuously infusibilizing pitch fibers made into a fiber bundle under tension, continuously precarbonizing and continuously graphitizing is used. Has been.

【０００５】このとき、不融化工程は、図１に示すよう
に、所定の温度に加熱された不融化炉内へとピッチ繊維
束を連続的に供給することにより実施されているが、不
融化炉は、その長さが１０ｍにも達することがあり、そ
のために炉内には、未だ脆弱なピッチ繊維束を担持し案
内するためのガイドバーが０．５〜２ｍ間隔にて配置さ
れている。ガイドバーは、従来、炉に回転自在に担持さ
れた黒鉛製、ステンレススチール製又はアルミニウム製
の、直径１００ｍｍ程度のローラとされた。At this time, the infusibilizing step is carried out by continuously supplying the pitch fiber bundle into the infusibilizing furnace heated to a predetermined temperature as shown in FIG. The furnace may have a length of up to 10 m. Therefore, guide bars for supporting and guiding the fragile pitch fiber bundle are arranged in the furnace at intervals of 0.5 to 2 m. . The guide bar is conventionally a graphite, stainless steel or aluminum roller rotatably supported in a furnace and having a diameter of about 100 mm.

【０００６】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、斯かる
構成の不融化炉は、一日以上の長時間連続運転を行なう
と、ピッチ繊維中に含有される軽質分が次第にガイドバ
ーに沈積し、ピッチ繊維束の融着や膠着がひどくなり、
糸切れや毛羽立ちが著しくなるという問題があった。However, when the infusible furnace having such a structure is continuously operated for a day or more for a long time, the light components contained in the pitch fibers are gradually deposited on the guide bar, and the pitch is reduced. Fusion and gluing of fiber bundles became severe,
There was a problem that yarn breakage and fuzzing became remarkable.

【０００７】本発明者らは、この問題を解決するべく多
くの研究実験を行なった結果、ガイドバーを、少なくと
もその表面を、ピッチ軽質分と親和性のないもの、例え
ば、テトラフルオロエチレン（米国デュポン社、商標
「テフロン」）或はアルミナセラミックスにて形成する
ことにより、ピッチ繊維中の軽質分の付着量が減少し、
不融化時の糸切れが減少することを見出した。本発明は
斯かる新規な知見に基づきなされたものである。The present inventors have conducted many research and experiments to solve this problem, and as a result, the guide bar, at least the surface of which is not compatible with the pitch light component, such as tetrafluoroethylene (US DuPont, trademark "Teflon") or alumina ceramics reduces the amount of light components attached to the pitch fiber,
It was found that yarn breakage during infusibilization was reduced. The present invention has been made based on such novel findings.

【０００８】従って、本発明の目的は、ピッチ系炭素繊
維製造用不融化炉を一日以上の長時間連続運転を行なっ
ても、ピッチ繊維中に含有される軽質分の沈積を防止
し、不融化時の、ピッチ繊維束の融着や膠着、延いては
糸切れや毛羽立ちを防止することのできる、ピッチ系炭
素繊維製造用不融化炉の炉内ガイドバーを提供すること
である。Therefore, an object of the present invention is to prevent the deposition of light components contained in pitch fibers even if the infusible furnace for producing pitch-based carbon fibers is continuously operated for a long time of one day or more, and An object of the present invention is to provide an in-furnace guide bar for a pitch-based carbon fiber manufacturing infusible furnace, which can prevent fusion or sticking of pitch fiber bundles, and eventually thread breakage and fluffing during fusion.

【０００９】[0009]

【課題を解決するための手段】上記目的は本発明に係る
ピッチ系炭素繊維製造用不融化炉の炉内ガイドバーにて
達成される。要約すれば本発明は、ピッチ系炭素繊維製
造用不融化炉においてピッチ繊維束を案内するための炉
内ガイドバーであって、少なくともその表面が、ピッチ
繊維束に含有されたピッチの軽質分と親和性のない材料
にて形成されたことを特徴とするピッチ系炭素繊維製造
用不融化炉の炉内ガイドバーである。より具体的には、
このガイドバーは、少なくともその表面が、テトラフル
オロエチレン或はアルミナセラミックスにて形成され
る。The above object can be achieved by the in-furnace guide bar of the infusible furnace for producing pitch-based carbon fibers according to the present invention. In summary, the present invention is an in-furnace guide bar for guiding a pitch fiber bundle in a pitch-based carbon fiber manufacturing infusible furnace, at least the surface of which is a light fraction of the pitch contained in the pitch fiber bundle. The in-furnace guide bar of the infusible furnace for producing a pitch-based carbon fiber, which is formed of a material having no affinity. More specifically,
At least the surface of this guide bar is formed of tetrafluoroethylene or alumina ceramics.

【００１０】[0010]

【実施例】次に、本発明のピッチ系炭素繊維製造用不融
化炉の炉内ガイドバーを図面を参照して説明する。EXAMPLES Next, an in-furnace guide bar of the infusibilizing furnace for producing pitch-based carbon fibers of the present invention will be described with reference to the drawings.

【００１１】図１は、ピッチ系炭素繊維製造用不融化炉
の一実施例を示す概略構成図であり、不融化炉１内には
単に炉内ガイドバー２のみを図示し、発熱体、その他の
構成部材は省略されている。FIG. 1 is a schematic diagram showing an embodiment of an infusibilizing furnace for producing pitch-based carbon fibers. In the infusibilizing furnace 1, only an in-furnace guide bar 2 is shown, a heating element, etc. The constituent members of are omitted.

【００１２】不融化炉１は、その長さが１０ｍにも達す
ることがあり、従って、炉内には、未だ脆弱なピッチ繊
維束ｆを担持し案内するためのガイドバー２が０．５〜
２ｍ間隔にて配置される。The infusibilizing furnace 1 may have a length of up to 10 m. Therefore, a guide bar 2 for carrying and guiding the still fragile pitch fiber bundle f is 0.5 to 10 m in the furnace.
It is arranged at 2m intervals.

【００１３】本発明のガイドバー２は、炉１に回転自在
に設けても良いが、通常は回転せず、固定的に炉に設置
される。又、ガイドバー２は、直径５〜２００ｍｍ、通
常は８〜５０ｍｍの円筒形状のものとすることができる
が、例えば、直径５〜２００ｍｍの円筒形状或は半月形
状として、ステンレススチール製或はアルミニウム製の
支持体に取り付けることもできる。The guide bar 2 of the present invention may be rotatably provided in the furnace 1, but normally does not rotate and is fixedly installed in the furnace. The guide bar 2 may have a cylindrical shape with a diameter of 5 to 200 mm, usually 8 to 50 mm. For example, the guide bar 2 may have a cylindrical shape with a diameter of 5 to 200 mm or a half moon shape, and may be made of stainless steel or aluminum. It can also be attached to a support made of metal.

【００１４】更に、本発明によれば、ガイドバー２は、
少なくともその表面が、ピッチ繊維束ｆに含有されたピ
ッチの軽質分と親和性のない材料にて形成される。より
具体的には、ガイドバーは、少なくともその表面が、テ
フロン或はアルミナセラミックスにて形成される。ガイ
ドバーの表面は、繊維束との親和性を更に低下させるた
め、梨地状に加工することもできる。Furthermore, according to the present invention, the guide bar 2 is
At least the surface of the pitch fiber bundle f is formed of a material having no affinity for the light components of the pitch. More specifically, at least the surface of the guide bar is made of Teflon or alumina ceramics. The surface of the guide bar can be processed to have a satin finish to further reduce the affinity with the fiber bundle.

【００１５】このように構成される不融化炉１内は、最
高温度２５０〜３５０℃の酸化性ガス雰囲気とされる。
従って、ピッチ繊維束ｆは不融化炉内を通糸されること
により、酸化性ガス雰囲気中で加熱して不融化される。
本発明の不融化炉１によれば、不融化時にピッチ繊維束
に含有されたピッチの軽質分がガイドバー表面へと付着
する量が減少し、不融化時の糸切れが防止される。The inside of the infusibilizing furnace 1 thus constructed has an oxidizing gas atmosphere with a maximum temperature of 250 to 350.degree.
Therefore, the pitch fiber bundle f is passed through the infusibilizing furnace and heated in the oxidizing gas atmosphere to be infusibilized.
According to the infusibilizing furnace 1 of the present invention, the amount of light pitch components contained in the pitch fiber bundle during infusibilization decreases on the surface of the guide bar, and yarn breakage during infusibilization is prevented.

【００１６】ピッチ繊維を不融化して得られた不融化繊
維は、次いで予備炭化炉へと送給され、窒素又はアルゴ
ン等の不活性ガス雰囲気中で最高温度４００〜１５００
℃に加熱して予備炭化され、更に、必要に応じて、不活
性ガス雰囲気下で最高温度１５００〜３０００℃の所定
の一定温度に加熱されて黒鉛化され、炭素繊維（黒鉛繊
維）が得られる。The infusibilized fiber obtained by infusibilizing the pitch fiber is then fed to a preliminary carbonization furnace, and the maximum temperature is 400 to 1500 in an inert gas atmosphere such as nitrogen or argon.
It is heated to ℃ and pre-carbonized, and further, if necessary, it is heated to a predetermined constant temperature of a maximum temperature of 1500 to 3000 ℃ in an inert gas atmosphere and graphitized to obtain carbon fiber (graphite fiber). .

【００１７】次に、本発明を実施例につきより具体的に
説明する。Next, the present invention will be described more specifically with reference to examples.

【００１８】実施例１ 接触分解タールを原料として、熱分解重縮合により得た
光学的異方性相９８％からなる、軟化点２８０℃の炭素
繊維用ピッチを、５００孔の紡糸口金を有する溶融紡糸
機（ノズル孔：直径０．３ｍｍ）に通して紡糸した。Example 1 A pitch for carbon fibers having a softening point of 280 ° C. and made of 98% of an optically anisotropic phase obtained by thermal decomposition polycondensation using catalytically cracked tar as a raw material and melted with a spinneret having 500 holes. Spinning was performed through a spinning machine (nozzle hole: diameter 0.3 mm).

【００１９】紡糸した５００本のフィラメントは、エア
サッカーで略収束してオイルリングローラに導き、糸に
対して約０．１重量％の割合で収束用油剤を供給し、５
００フィラメントからなるピッチ繊維束の糸条を形成し
た。油剤としては２５℃における粘度が１４ｃｓｔのメ
チルフェニルポリシロキサンキサンを使用した。The 500 spun filaments are substantially converged by an air sucker and guided to an oil ring roller, and a converging oil agent is supplied at a ratio of about 0.1% by weight with respect to the yarn.
A yarn of a pitch fiber bundle composed of 00 filaments was formed. As the oil agent, methylphenylpolysiloxanexane having a viscosity of 14 cst at 25 ° C. was used.

【００２０】このピッチ繊維束を、ノズル下部に設けた
高速で回転するボビンに巻取り、約５００ｍ／分の巻取
り速度で１０分間紡糸した。This pitch fiber bundle was wound on a bobbin rotating at a high speed provided under the nozzle, and spun for 10 minutes at a winding speed of about 500 m / min.

【００２１】次いで、ピッチ繊維束を巻いた前記ボビン
６個を解舒し、そしてオイルリングローラを使用して耐
熱性油剤を付与しながら合糸して、３０００フィラメン
トからなるピッチ繊維束を形成し、他のボビンに巻取っ
た。Next, the six bobbins wound with the pitch fiber bundle are unwound, and the yarns are combined while applying a heat-resistant oil agent using an oil ring roller to form a pitch fiber bundle of 3000 filaments. , Wound on another bobbin.

【００２２】合糸時に油剤として２５℃で４０ｃｓｔの
メチルフェニルポリシロキサン（フェニル基４５モル
％）を使用した。付与量は糸に対して０．５％であっ
た。Methylphenylpolysiloxane (45 mol% of phenyl groups) of 40 cst at 25 ° C. was used as an oil agent at the time of forming yarn. The applied amount was 0.5% based on the yarn.

【００２３】このようにして得たボビン巻きのピッチ繊
維束をボビンから解除しつつ、酸化性ガス雰囲気として
酸素／窒素＝６０／４０の富酸素雰囲気の、炉入口温度
１９０℃、最高温度３００℃の温度勾配を持った、長さ
１．８ｍとされる不融化炉に連続的に線状で送給して、
ピッチ繊維束を不融化した。While releasing the bobbin-wound pitch fiber bundle thus obtained from the bobbin, the furnace inlet temperature is 190 ° C. and the maximum temperature is 300 ° C. in an oxygen-rich atmosphere of oxygen / nitrogen = 60/40 as an oxidizing gas atmosphere. It is continuously fed in a linear shape to a 1.8 m long infusible furnace with a temperature gradient of
The pitch fiber bundle was infusibilized.

【００２４】不融化時の通糸速度は０．１ｍ／分であ
り、不融化の時間は１８分であった。不融化の際、ピッ
チ繊維は１フィラメント当たり０．００７ｇのテンショ
ンが掛けられた。The threading speed at the time of infusibilization was 0.1 m / min, and the time of infusibilization was 18 minutes. When infusibilized, the pitch fibers were tensioned with 0.007 g per filament.

【００２５】この不融化に際し、不融化炉内の繊維束の
ガイドバーとして、直径１６ｍｍのテフロン製のガイド
バーを使用した。At the time of this infusibilization, a Teflon guide bar having a diameter of 16 mm was used as a guide bar for the fiber bundle in the infusibilizing furnace.

【００２６】本実施例では、５時間の連続運転を行なっ
たが、通糸時に毛羽立ちは見られなかった。得られた不
融化繊維の糸切れ状態を顕微鏡で調べたところ、測定長
５ｃｍ長さの繊維束の中には糸切れは全くなかった。In this example, continuous operation was carried out for 5 hours, but no fluff was observed during threading. When the state of yarn breakage of the obtained infusible fiber was examined by a microscope, no yarn breakage was found in the fiber bundle having a measurement length of 5 cm.

【００２７】又、ガイドバーを取り出して調べたとこ
ろ、ガイドバーにはピッチ軟質分の付着及び蓄積は見ら
れなかった。Further, when the guide bar was taken out and examined, no adhesion and accumulation of soft pitch components were found on the guide bar.

【００２８】実施例２ 不融化炉内のピッチ繊維束のガイドバーとして、直径１
６ｍｍのアルミナセラミック製のガイドバーを使用した
以外は、実施例１と同様に処理した。Example 2 As a guide bar for a pitch fiber bundle in an infusibilizing furnace, a diameter of 1
The same process as in Example 1 was performed except that a 6 mm alumina ceramic guide bar was used.

【００２９】この場合、５時間の連続運転中において通
糸時の毛羽立ちは見られなかった。得られた不融化繊維
の糸切れは、測定長５ｃｍ中に２本見られた。In this case, fluffing during threading was not observed during continuous operation for 5 hours. Two yarn breakages of the obtained infusible fiber were observed in the measurement length of 5 cm.

【００３０】ガイドローラを取り出して調べたところ、
ガイドローラにピッチ中の軟質分の付着が極く僅かに見
られた。When the guide roller was taken out and examined,
Very slight adhesion of soft components in the pitch to the guide roller was observed.

【００３１】比較例１ 不融化炉内のピッチ繊維束のガイドバーとして、直径１
６ｍｍの、表面が研磨された滑らかな黒鉛製ガイドバー
を使用した以外は、実施例１と同様に不融化処理を行な
った。Comparative Example 1 As a guide bar for the pitch fiber bundle in the infusibilization furnace, a diameter of 1 was used.
An infusibilizing treatment was carried out in the same manner as in Example 1 except that a smooth graphite guide bar having a polished surface of 6 mm was used.

【００３２】この場合、５時間の連続運転において、次
第に毛羽立ちが見られるようになった。得られた不融化
繊維の糸切れは、測定長５ｃｍ中に６１本見られた。In this case, fuzzing was gradually observed in the continuous operation for 5 hours. 61 yarn breakages of the obtained infusible fiber were found in a measurement length of 5 cm.

【００３３】[0033]

【発明の効果】以上説明したように、本発明の炉内ガイ
ドバーは、少なくともその表面が、ピッチ繊維束に含有
されたピッチの軽質分と親和性のない材料にて形成され
るので、不融化炉を一日以上の長時間連続運転を行なっ
ても、ピッチ繊維中に含有される軽質分の沈積を防止
し、不融化時の、ピッチ繊維束の融着や膠着、延いては
糸切れや毛羽立ちを防止することができる。As described above, the in-furnace guide bar of the present invention is formed at least on the surface thereof by a material having no affinity for the light pitch components contained in the pitch fiber bundle, and therefore, Even if the melting furnace is operated continuously for a long time of one day or more, it prevents the deposition of light components contained in the pitch fiber, and when the infusibilization is caused, the pitch fiber bundle is fused or glued, and the yarn is broken. And fluff can be prevented.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図１】本発明を実施するピッチ系炭素繊維製造用不融
化炉の一実施例を示す構成図である。FIG. 1 is a configuration diagram showing an example of an infusible furnace for producing a pitch-based carbon fiber according to the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１ 不融化炉 ２ ガイドバー 1 infusible furnace 2 guide bar

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】 ピッチ系炭素繊維製造用不融化炉におい
てピッチ繊維束を案内するための炉内ガイドバーであっ
て、少なくともその表面が、ピッチ繊維束に含有された
ピッチの軽質分と親和性のない材料にて形成されたこと
を特徴とするピッチ系炭素繊維製造用不融化炉の炉内ガ
イドバー。1. An in-furnace guide bar for guiding a pitch fiber bundle in an infusibilizing furnace for producing a pitch-based carbon fiber, at least the surface of which is compatible with a light content of pitch contained in the pitch fiber bundle. An in-furnace guide bar for a infusible furnace for producing pitch-based carbon fibers, characterized by being formed of a material that does not have any material.